泵站電氣設(shè)備故障排查方法探析

孫浩暉， 闞永庚， 孫明權(quán)

(1.華北水利水電大學(xué)電氣工程學(xué)院， 河南 鄭州 450046； 2.江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 揚(yáng)州 225200)

泵站電氣設(shè)備故障具有復(fù)雜性、隱蔽性等特點(diǎn)，排除電氣設(shè)備故障不僅需要較高的專業(yè)知識(shí)，還需具備正確的分析方示。電氣設(shè)備所處的狀態(tài)可以簡(jiǎn)單劃分為工作狀態(tài)和不工作狀態(tài)，或運(yùn)行狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。查找電氣故障應(yīng)根據(jù)設(shè)備的不同狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)劃分得越細(xì)，對(duì)查找電氣故障越有利。對(duì)于一種設(shè)備或一種裝置，其中的部件和零件可能處于不同的運(yùn)行狀態(tài)，查找其中的電氣故障必須將各種運(yùn)行狀態(tài)區(qū)別清楚，根據(jù)不同元器件的工作狀態(tài)或同一種元器件在不同位置的狀態(tài)進(jìn)行分析比較。本文主要從宏觀和測(cè)量這兩個(gè)方面對(duì)故障排查進(jìn)行分析，宏觀分析法需要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，兩種方法可單獨(dú)使用，也可結(jié)合使用。

1 電氣回路故障宏觀分析法

宏觀分析法主要是對(duì)電氣故障設(shè)備進(jìn)行總體分析，查看故障設(shè)備，通過(guò)比較分析，確定故障元器件或故障部位。

1.1 對(duì)比法

對(duì)比法一般為兩個(gè)相同的電路或電氣元件，通過(guò)故障電路和非故障電路的比較，可以精確查找故障位置。

如果電路中有2個(gè)或2個(gè)以上的相同部分，可對(duì)其工作情況作對(duì)比。因?yàn)橥瑫r(shí)發(fā)生相同故障的可能性較小，因此通過(guò)比較，可以方便測(cè)出各種情況下的參數(shù)差異，通過(guò)合理分析，可以方便地確定故障范圍和故障情況。例如，根據(jù)相同元件的發(fā)熱情況、振動(dòng)情況、電流、電壓、電阻及其它數(shù)據(jù)，可以確定該元件是否過(guò)負(fù)荷、電磁部分是否損壞、線圈繞組是否有匝間短路、電源部分是否正常等。使用這一方法時(shí)應(yīng)特別注意，兩電路部分工作狀況必須完全相同時(shí)才能互相參照，否則不能比較，至少是不能完全比較。

1.2 交換法

當(dāng)有2臺(tái)或2臺(tái)以上的電氣控制系統(tǒng)時(shí)，可把系統(tǒng)分為幾個(gè)部分，將各系統(tǒng)的部件進(jìn)行交換。當(dāng)換到某部分時(shí)，電路恢復(fù)正常工作，而將故障換到其他設(shè)備上時(shí)，其他設(shè)備出現(xiàn)了相同的故障，說(shuō)明故障就在該部分。當(dāng)只有1臺(tái)設(shè)備時(shí)，而控制電路內(nèi)部又存在相同元件時(shí)，可以利用元件替換法查找故障。

對(duì)于值得懷疑的元件，可采用替換的方法進(jìn)行驗(yàn)證。如果故障依舊，說(shuō)明故障點(diǎn)懷疑不準(zhǔn)，可能該元件沒(méi)有問(wèn)題。但如果故障排除，則與該元件相關(guān)的電路部分存在故障，應(yīng)加以確認(rèn)。

1.3 單元分割法

一個(gè)復(fù)雜的電路總是由若干個(gè)回路組成的，泵站電氣設(shè)備二次回路按功能分有控制回路、信號(hào)回路、保護(hù)回路、監(jiān)測(cè)回路，遙控、遙訊等，并且每個(gè)回路還有許多條支回路，查找電氣故障時(shí)，可以將這些單元分割開(kāi)來(lái)，然后根據(jù)故障現(xiàn)象，將故障范圍限制于其中一個(gè)單元或幾個(gè)單元。電路復(fù)雜，范圍很廣。因此，首先要從故障現(xiàn)象分析故障與哪個(gè)回路有關(guān)，先確定故障在哪個(gè)回路。回路確定后，再分析故障可能在哪條支回路，然后逐項(xiàng)檢查該支回路中的有關(guān)的電氣元件，此時(shí)，可以利用元件交換法等進(jìn)一步縮小故障范圍，準(zhǔn)確查出故障位置[1]。

2 電氣回路故障測(cè)量分析法

測(cè)量分析法主要是對(duì)電氣回路進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變化或測(cè)量?jī)x表的讀數(shù)判斷故障范圍，主要有短接法和測(cè)量電壓法。

2.1 短接法

短接法可分為直接短接法和間接短接法。檢查測(cè)量時(shí)，不能越過(guò)降壓元器件進(jìn)行直接短接或多支路互為短接，否則會(huì)產(chǎn)生短路故障或電路動(dòng)作紊亂。在用短接法排除電氣回路或電氣設(shè)備故障時(shí)，一定要將主回路的電源斷開(kāi)，以免引起主設(shè)備誤啟動(dòng)，造成其他后果。

2.1.1 直接短接法

用一根絕緣良好的導(dǎo)線，或單極開(kāi)關(guān)、試驗(yàn)按鈕，把所懷疑的開(kāi)路觸點(diǎn)或某段線路直接短接，如在短接過(guò)程中控制電路被接通，則說(shuō)明被短接的元件或線路段有開(kāi)路故障。特別要指出的是，用該方法時(shí)，最好用帶熔斷器的刀閘來(lái)短接，并且只能短路電路中沒(méi)有電壓降的元件，否則會(huì)發(fā)生短路事故。

2.1.2 間接短接法

(1)使用萬(wàn)用表的歐姆擋，不能使用兆歐表。因?yàn)檎讱W表顯示電阻的單位是MΩ級(jí)，只適宜測(cè)量大電阻和電氣設(shè)備的絕緣電阻，不宜測(cè)量是否通路的小電阻。采用該方法測(cè)量時(shí)必須斷開(kāi)回路或設(shè)備電源，否則將損壞檢測(cè)表計(jì)。

用萬(wàn)用表的歐姆擋分段測(cè)量線路或元件的正常阻值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某電氣元件不通或阻值與正常值相差較大時(shí)，則此元件可能就是故障元件，應(yīng)仔細(xì)檢查，如損壞需及時(shí)更換。使用導(dǎo)通法時(shí)，必須注意被測(cè)元件有無(wú)旁路，否則會(huì)造成誤判斷，如有旁路，必須將旁路拆開(kāi)。

(2)利用小功率燈泡，燈泡的電壓等級(jí)要與故障電路的電壓等級(jí)相符(一般為220 V、功率不大于15 W)，做成檢測(cè)燈，用此檢測(cè)燈兩端引線分別跨接懷疑的常開(kāi)按鈕、接點(diǎn)、觸點(diǎn)等?？蓪z測(cè)燈的一端固定在N端的熔斷器下方,另一端分別從N端向L端分段檢測(cè)按鈕、接點(diǎn)、觸點(diǎn)等，用燈泡法檢測(cè)交流電動(dòng)機(jī)控制回路故障如圖1所示。當(dāng)檢測(cè)按鈕、接點(diǎn)、觸點(diǎn)的一端檢測(cè)燈不亮，而檢測(cè)到另一端燈亮?xí)r，則證明可能此按鈕、接點(diǎn)、觸點(diǎn)有開(kāi)路故障。

圖1 用燈泡法檢測(cè)交流電動(dòng)機(jī)控制回路故障

嚴(yán)禁利用燈泡法檢測(cè)保護(hù)和控制回路故障，因?yàn)闊襞莸淖柚递^小，當(dāng)利用燈泡法檢測(cè)保護(hù)和控制回路故障時(shí)，可能會(huì)造成斷路器誤動(dòng)作。

圖2 用燈泡法檢測(cè)控制回路示意圖

用燈泡法檢測(cè)控制回路示意圖(圖2)中，當(dāng)利用燈泡檢測(cè)A點(diǎn)與B點(diǎn)的電壓時(shí)，由于燈泡的阻值大大低于KCO的阻值，大部分電壓會(huì)降落在KCO上；這時(shí)，KCO將會(huì)動(dòng)作于跳閘；如果檢測(cè)A點(diǎn)與C點(diǎn)或A點(diǎn)與D點(diǎn)的電壓時(shí)，可能會(huì)造成跳閘線圈YT動(dòng)作，這是不允許的。

2.2 測(cè)量電壓法

用萬(wàn)用表交流、直流擋或交直流電壓表測(cè)量電源電壓或設(shè)備上的電壓。若發(fā)現(xiàn)所測(cè)處的電壓與實(shí)際值或正常值不符，則可能是故障可疑處。電路在工作時(shí)，不同點(diǎn)之間的電壓也不同，如果在電壓不同的兩點(diǎn)之間接入一個(gè)電阻固定的支路時(shí)，支路中就會(huì)有電流通過(guò)，通過(guò)并接在支路中的電壓表的讀數(shù)，可讀出此時(shí)的電壓值。測(cè)量時(shí)，由于電壓表并聯(lián)于電路中，因此其內(nèi)阻的大小是電壓表的一個(gè)重要參數(shù)。內(nèi)阻越大對(duì)電路的影響就越小，測(cè)量誤差也就越小。一般先測(cè)電源電壓，然后測(cè)支路電壓，如果兩點(diǎn)之間的電壓不為0，則可以肯定兩點(diǎn)之間接觸不良或有一定的阻值。如：接觸器線圈兩端電壓為電源電壓而接觸器不動(dòng)作，則線圈回路不通。測(cè)量電壓法又分為：電壓降法和對(duì)地電位法。

2.2.1 電壓降法

采用電壓降法時(shí)，應(yīng)在回路帶電的情況下測(cè)量。用萬(wàn)用表的電壓擋或電壓表(選用萬(wàn)用表或電壓表時(shí)，應(yīng)注意表的內(nèi)阻應(yīng)大于2 000 Ω/V)。具體測(cè)量方法是將用萬(wàn)用表的表筆一端固定在回路的負(fù)電源(或正電源端)上，另一端分別從回路的正電源(或負(fù)電源)一側(cè)往回路的負(fù)電源(或正電源)端測(cè)量電壓。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)該回路或設(shè)備上電壓表指示值過(guò)小或無(wú)指示時(shí)(與設(shè)備或回路在正常時(shí)的電壓不相符)，則表明該回路或設(shè)備有開(kāi)路故障，或者該回路或該設(shè)備存在低阻短路故障?？傊?，故障可能在此回路或此元件，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)檢查[2]。

2.2.2 對(duì)地電位法

電路在不同的狀態(tài)下，電路中各點(diǎn)具有不同的電位分布，因此，可以通過(guò)測(cè)量并分析電路中某點(diǎn)的電位情況，來(lái)確定電路故障的類型和部位。

采用對(duì)地電位法時(shí)，應(yīng)在回路帶電情況下測(cè)量。在測(cè)量各點(diǎn)電位時(shí)，可將電壓表的一端接地(或控制、保護(hù)屏的金屬外殼)電壓表的另一端測(cè)量回路中的各點(diǎn)；如果被測(cè)點(diǎn)為正極性，則應(yīng)將電壓表的“+”端觸及該點(diǎn)，而電壓表的“-”端接地。如對(duì)地電位法檢查故障示意圖(圖3)所示：在01或02處若測(cè)得的電壓值為110 V(既回路額定電壓的1/2)，則證明正負(fù)電源是正常的；然后分別測(cè)量07、09、33、37對(duì)地電壓。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某點(diǎn)上電壓表指示值過(guò)小或無(wú)指示時(shí)(與設(shè)備或回路在正常時(shí)的電壓不相符)，則表明故障可能在此回路或此元件，應(yīng)重點(diǎn)檢查。

對(duì)地電位法要注意該回路中電壓降的極性分界，回路中電壓降的極性分界是以該回路中最大的降壓元件為分界的。如圖3中該回路中最大的降壓元件為YT，YT左側(cè)39、37、09、07、01均為正極性，右側(cè)02為負(fù)極性。

圖3 對(duì)地電位法檢查故障示意圖

在圖3中電壓表讀數(shù)之所以會(huì)指示回路額定電壓的1/2值，是因?yàn)橐话阍谥绷飨到y(tǒng)中，安裝有絕緣監(jiān)察裝置，其原理如圖4所示。

圖4 直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察示意圖

在直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察示意圖(圖4)中，直流絕緣監(jiān)察繼電器KVI線圈的公共端接地。因?yàn)椋^緣監(jiān)察繼電器KVI線圈的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻，所以在測(cè)量01或02處時(shí)電壓值為110 V(即回路額定電壓的1/2)，只是在測(cè)量負(fù)對(duì)地電壓時(shí)，地電位為正；測(cè)量正對(duì)地電壓時(shí)，地電位為負(fù)[3]。

3 電氣回路排查注意事項(xiàng)

在排查電氣設(shè)備故障時(shí)，除遵守電業(yè)工作安全規(guī)程以外，還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

(1)至少有2人參加，由1人負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)；工作人員必須明確工作目的和工作方法，熟悉二次回路，按照符合實(shí)際接線的圖紙進(jìn)行工作。

(2)必須停用保護(hù)時(shí)，停用時(shí)間要盡可能短，并經(jīng)調(diào)度部門同意，雷雨或惡劣天氣不得退出保護(hù)。

(3)進(jìn)行保護(hù)整組試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)事先查明是否與運(yùn)行斷路器有聯(lián)帶關(guān)系，如一組保護(hù)跳多臺(tái)斷路器時(shí)，應(yīng)先切除跳其他設(shè)備的壓板后才允許進(jìn)行試驗(yàn)。

(4)測(cè)量二次回路的電壓時(shí)，必須使用高內(nèi)阻的電壓表。如果使用萬(wàn)用表測(cè)量電壓，則萬(wàn)用表電壓擋的內(nèi)阻不得小于2 000 Ω。禁止使用燈泡、低阻線圈等代替電壓表測(cè)量二次回路電壓，以免在測(cè)量過(guò)程中引起回路參數(shù)改變，造成裝置誤跳或誤合釀成事故。

(5)如果在運(yùn)行中的電源回路上測(cè)量電流，須事先核實(shí)電流表及其引線是否良好，嚴(yán)防在測(cè)量過(guò)程中切換電流檔位，以防電流回路開(kāi)路造成人身或設(shè)備事故。測(cè)量電流的工作應(yīng)在電流端子上進(jìn)行，不允許用纏繞的方法引線，工作時(shí)應(yīng)站在絕緣墊上。

(6)工作使用的工具應(yīng)大小適中，絕緣符合要求，并使金屬外露部分盡可能少，以防發(fā)生短路。

(7)工作中拆動(dòng)的螺絲、二次線、壓板等，應(yīng)先核對(duì)圖紙并做好記錄或在設(shè)備上標(biāo)上名顯的標(biāo)記，工作完后應(yīng)按順序及時(shí)恢復(fù)，并進(jìn)行詳細(xì)的全面檢查。

(8)換元器件一定要和原元件型號(hào)、規(guī)格、性能相符。特別要提醒的是在更換微機(jī)保護(hù)插件板時(shí)，不但要注意插件的型號(hào)、規(guī)格、性能相符，還要檢查新插件與原插件內(nèi)存的數(shù)據(jù)和軟壓板的I/O是否相符，否則也會(huì)造成保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

(9)在泵站電氣設(shè)備的二次回路上工作結(jié)束后，應(yīng)將處理的內(nèi)容、更改的接線、調(diào)整后的保護(hù)數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄在繼電保護(hù)記錄簿上，以便有據(jù)可查[4]。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境治理的需要，尤其是近年來(lái)極端天氣的增多，對(duì)水源的調(diào)度要求越來(lái)越高，泵站發(fā)揮的作用越來(lái)越大，特別是在2019年蘇北地區(qū)60年一遇的大旱中，江都站連續(xù)運(yùn)行235 d，抽水70多億m3，有效緩解了蘇北地區(qū)的旱情。如果沒(méi)有完善的電氣系統(tǒng)和經(jīng)驗(yàn)豐富的管理保障隊(duì)伍，是難以實(shí)現(xiàn)的。

泵站電氣設(shè)備故障排查方法很多，不同的電氣技術(shù)人員因其習(xí)慣不同，處理問(wèn)題的方式也不盡相同，但無(wú)論采用什么方式，都離不開(kāi)對(duì)電路的宏觀分析和回路測(cè)量檢查。隨著電氣設(shè)備模塊化程度越來(lái)越高，對(duì)比法和交換法在元器件故障排查中更加實(shí)用，如果是回路接線問(wèn)題，則需要通過(guò)測(cè)量來(lái)排查。電氣設(shè)備的運(yùn)行管理對(duì)專業(yè)知識(shí)的要求高，特別是設(shè)備故障的排查更需要對(duì)設(shè)備性能熟悉、電氣原理的理解和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。